Instalasi Circuit Breaker Pada Pabrik Baja(tugas).docx

Antonio Hazman/24412074/22 Teknik Mesin

BAB I PENDAHULUAN Baja merupakan material yang sangat umum digunakan dalam kehidupan industri permesinan masa kini. Baja selain dapat menjadi bahan dasar pembuatan mesin-mesin, bisa juga dibuat untuk membangun infrakstruktur, dan lain-lain. Sehingga, bisa disimpulkan bahwa baja sangatlah penting dalam hidup kita. Setiap hari banyak industri-industri yang memerlukan baja, membuat banyak insinyur mengembangkan teknik produksi baja yang ekonomis dan efisien secara waktu dan operasional, salah satu tekniknya adalah dengan menggunakan arc furnace. Arc furnace lebih hemat biaya karena tidak memerlukan pemrosesan kokas seperti pada blast furnace dan bisa dinyalakan serta dimatikan kapan saja. Teknik Arc funace ini menggunakan elektroda yang dialiri arus listrik sehingga menjadi panas dan bisa melelehkan besi bekas. Melihat dari sekilas cara kerjanya, arc furnace memerlukan arus listrik yang besar sekali, sehingga diperlukan penginstalasian listrik yang khusus pada pabrik baja yang menggunakan teknik ini terutama pada circuit breaker-nya yang pasti akan berbeda dengan circuit breaker di rumah-rumah. Pada tulisan ini, akan dibahas beberapa poin, diantaranya: 

Prinsip kerja arc furnace



Macam-macam circuit breaker



Pemilihan circuit breaker yang sesuai untuk penggunaan arc furnace



Cara kerja dari circuit breaker untuk arc furnace

BAB II PEMBAHASAN

1. Prinsip kerja Arc Furnace Pertama-tama logam-logam tua yang sudah tidak dipakai lagi dituang dalam tungku (proses charging), namun diatur sedemikian rupa agar yang ada dipermukaan merupakan logam yang lebih ringan atau lebih kecil. Kemudian penutup arc furnace yang terdapat electrode grafit diarahkan ke atas tungku untuk menutupnya, ketika elektroda sudah dekat dengan permukaan logam-logam, listrik dialirkan menuju elektroda-elektroda ini yang akan menyebabkan lecutanlecutan listrik diantara elektroda ini yang mana akan menyebabkan pemanasan pada permukaan logam-logam. Awalnya digunakan tegangan rendah untuk memanaskan logam-logam kecil yang ada dipermukaan, hingga akhirnya mereka meleleh dan kemudian tegangan listrik dinaikan dan elektroda ini akan digerakan lebih dalam lagi untuk melelhkan logam-logam yang terletak dibawah. Penaikan tegangan arc furnace bisa dilakukan dengan menggunakan sebuah transformer step up.

2. Macam-macam Circuit Breaker Berikut adalah beberapa jenis Circuit Breaker yang umum digunakan: 1. Miniature Circuit Breaker (MCB)

MCB adalah suatu rangkaian pengaman yang dilengkapi dengan komponen thermis (bimetal) untuk pengaman beban lebih dan juga dilengkapi relay elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat.

2. Molded Case Circuit Breaker MCCB memiliki pengaman yang sama dengan MCB hanya saja arus trip bisa diubah-ubah sesuai dengan keperluan.

3. Air Circuit Breaker ACB (Air Circuit Breaker) merupakan jenis circuit breaker dengan sarana pemadam busur api berupa udara. ACB dapat digunakan pada tegangan rendah dan tegangan menengah. Udara pada tekanan ruang atmosfer digunakan sebagai peredam busur api yang timbul akibat proses switching maupun gangguan.

4. Oil Circuit Breaker Oil Circuit Breaker adalah jenis CB yang menggunakan minyak sebagai sarana pemadam busur api yang timbul saat terjadi gangguan. Bila terjadi busur api dalam minyak, maka minyak yang dekat busur api akan berubah menjadi uap minyak dan busur api akan dikelilingi oleh gelembung-gelembung uap minyak dan gas.

5. Vacuum Circuit Breaker Pada Circuit Breaker vakum, kontak ditempatkan pada suatu bilik vakum. Ruang vakum inilah yang nantinya akan menjadi media untuk memadamkan busur api. Untuk mencegah udara masuk kedalam bilik, maka bilik ini harus ditutup rapat dan kontak bergeraknya diikat ketat dengan perapat logam.

6. Gas Circuit Breaker (SF6) Pemutus rangkaian ini menggunakan gas SF6 sebagai sarana pemadam busur api. Prinsip pemadaman busur apinya adalah Gas SF6 ditiupkan sepanjang busur api, gas ini akan mengambil panas dari busur api tersebut dan akhirnya padam

3. Pemilihan Circuit Breaker yang cocok untuk arc furnace Circuit breaker sangat diperlukan dalam penggunaan arc furnace, karena pada proses charging(pemasukan logamn-logam tua yang baru ke dalam arc furnace) serpihan logam-logam yang sangat kecil terlempar keluar dan bisa masuk kedalam kabel-kabel elektroda sehingga menyebabkan hubung singkat. Circuit breaker yang cocok untuk arc furnace adalah Air Blast Circuit Breaker dan Vacuum Circuit Breaker. ABCB merupakan modifikasi dari Air Circuit

Breaker

dimana

lecutan api

listrik

akan dipadamkan dengan cara

menghembuskan udara bertekanan agar lecutan api listrik dapat hilang. Sedangkan VCB memanfaatkan media ruang hampa untuk menghilangkan bunga api ini. Cara kerja daripada ABCB dan VCB ini nanti akan dijelaskan lebih lanjut beserta kekurangan, namun pertanyaannya sekarang adalah mengapa VCB dan ABCB cocok dengan arc furnace, berikut adalah alasannya: 1. ABCB dan VCB termasuk dalam kategori Circuit breaker dengan rating pemutus arus listrik yang tinggi. Telah kita ketahui bersama kalau arc furnace dalam pengoperasiannya memerlukan arus listrik yang sangat tinggi yaitu dapat mencapai 44 kA, sehingga circuit breaker biasa seperti MCB yang maksimal bisa menanggung arus listrik 1250A dan MCCB yang maksimal bisa menanggung arus listrik 6300A tidak bisa menjawab kebutuhan untuk arus listrik arc furnace. Air circuit breaker pun juga demikian, ACB hanya dapat menanggung arus listrik sebesar 3500 A. 2. ABCB dan juga VCB memiliki kecepatan pemutus hubungan yang tinggi, berbeda dengan Oil Circuit breaker dimana kecepatan pemutus hubungan kontak terhambat karena viskositas oli. Lagipula penggunaan Oil Circuit Breaker juga cukup riskan karena oli memang cukup mudah terbakar. 3. Circuit Breaker untuk arc furnace harus memiliki kriteria untuk bisa digunakan untuk berkali-kali, sementara circuit breaker SF6 memang bisa digunakan berkali-kali, namun gas SF6 sangat tidak baik bagi atmosfir bumi, oleh karena itu penggunaan circuit breaker yang menggunakan gas SF6 akan cepat merusak atmosfir bumi dan berkontribusi sebagai polutan, sehingga circuit breaker dengan gas CF6 kurang cocok.

Dengan penjelasan-penjelasan diatas dapat dilihat bahwa memang ABCB dan VCB memiliki kriteria yang dibutuhkan sebagai circuit breaker untuk arc furnace, namun ABCB serta VCB bukanlah tanpa kelemahan. Berikut akan dijelaskan terlebih dahulu kelemahan dari ABCB:

1. ABCB harus memiliki kompresor untuk memompa udara, dan hal ini menyebabkan pemborosan biaya listrik untuk pengompresian udara, mengingat proses penyuplaian udara ini berlangsung berkali-kali. 2. Bisa saja terjadi kebocoran udara di pipa-pipa penghubung sehingga diperlukan penegcekan serta perawatan yang intensif pada peralatanperalatan ABCB sehingga menambah biaya perawatan pada ABCB 3. ABCB memerlukan banyak komponen-komponen terutama kompresor, tangki penyimpan udara bertekanan dan katup-katup mserta pipa-pipa untuk mengalirkan udara, sehingga biaya awal untuk instalasi circuit breaker ini juga pastilah tidak murah. Menghadapi berbagai kekurangan ABCB, muncul alternative cicrcuit breaker pengganti yaitu Vacuum Circuit Breaker. VCB memiliki desain yang sederhana dan juga tidak memerlukan media-media penghilang bunga api yang rumit seperti gas SF6, oli ataupun udara bertekanan. VCB hanya memerlukan media ruang hampa untuk memadamkan bunga api. VCB juga tidak memerlukan alat-alat yang mebutuhkan perawatan intensif seperti halnya ABCB. Kelemahannya harga VCB sangat mahal karena VCB terbuat dari material khusus yang bisa menahan gaya akibat perbedaan tekanan atmosfir dengan tekanan vakum tabung, dan proses pembuatannya juga rumit karena harus membuat ruang vakum sebagai media penghilang bunga api. Karena lebih ekonomis dan efisien, VCB ini banyak industry arc furnace mulai mengubah circuit breaker ABCB mereka menjadi VCB. 4. Cara Kerja daripada Air Blast Circuit Breaker dan Vacuum Circuit Breaker 1. Cara kerja Air Blast Circuit Breaker Setelah kita mengetahui circuit breaker yang cocok untuk arc furnace, sekarang marilah kita melihat bagaimana cara kerja daripada circuit breaker tersebut, pada halaman selanjutnya akan ditunjukan skema ABCB beserta cara kerjanya.

Arcing Electrode

Valve

Outlet Arcing Ring

Arcing Probe

Kontak

Tangki Bertekanan

Mekanisme pemutus

Kontak

Konduktor

Diketahui arus listrik mengalir melewati konduktor dan kontak dan ketika terjadi hubung singkat, terjadi peningkatan arus sehingga membuat medan magnet pada kumparan bertambah dan menarik batang (sebesar 𝐹 = 𝐵. 𝑖. 𝐿, dimana B merupakan medan magnet, I arus listrik dan L panjang kumparan) yang terhubung dengan mekanisme pemutus sirkuit. Gerakan batang ini akan menarik mekanisme pemutus sirkuit sehingga secara kinematis kontak akan terputus, Sesaat setelah kontak menjauh dari konduktor terbentuk bunga api pada ujung kontak dan konduktor. Mekanisme pemutus kontak ini juga terhubung dengan katup pembuka, maka ketika mekanisme kontak putus, katup juga akan terbuka. Udara di dalam tangki memiliki tekanan yang lebih tinggi dibandingkan udara diluar sehingga ketika katup dibuka udara akan menuju ke arah nozzle. Bersamaan dengan itu, jarak antara

kontak dan konduktor mulai menjauh sehingga bunga api ini akan mencari titik yang lebih dekat sehingga dengan bantuan hembusan angin, bunga api berpindah ke arcing probe dan arcing rings. Hembusan angin kemudian mendorong bunga api ini lagi menuju ke arcing electrodes hingga akhirnya bunga api terbuang ke atmosfir. Sirkuit kini sudah terbuka dan bunga api sudah dipadamkan. 2. Cara Kerja Vacuum Circuit Breaker

Ketika terjadi hubung singkat, arus yang mengalir pada closing coils sangat besar sehingga menyebabkan timbulnya medan magnet yang menarik logam magnet (seebesar 𝐹 = 𝐵. 𝑖. 𝐿) yang tertempel pada batang penggerak. Batang penggerak ini akan terhubung dengan mekanisme yang dikopel dengan kontak gerak pada VCB. Ketika kontak putus dipermukaan katoda akan terbentuk electron-elektron bebas. Elektron-elektron bebas ini biasanya akan mengionisasi partikel yang ada di udara sehingga terjadi penambahan electron bebas pada molekul udara yang mengawali terjadinya bunga api, namun karena ruangan disekitar kontak dibuat vakum, electron-elektron bebas ini tidak bertemu dengan udara sehingga tidak terjadi proses ionisasi, dan tidak terbentuk bunga api.

BAB III REFLEKSI

Setelah mengerjakan tugas ini, saya menegrti bagaimana memilih circuit breaker yang cocok untuk pabrik peleburan baja yang menggunakan arc furnace. Dari sekian banyak Circuit Breaker saya akan memilih vacuum circuit breaker sebagai CB dari pabrik baja yang menggunakan arc furnace. Walaupun Air Blast Circuit Breaker juga cocok dalam aplikasi ini, saya akan tetap memilih vacuum circuit breaker, walaupun harganya mahal tetapi circuit breaker ini mudah dalam perawatan serta tidak memerlukan daya input untuk mengkompresi udara dan sebagainya. Sementara itu saya menjadi tahu mengenai berbagai macam circuit breaker yang umunya dipakai. Masing-masing dari circuit breaker tersebut memiliki media pemadam busur api yang berbeda-beda, dan penggunaan para circuit breaker ini tergantung dari kebutuhannya. Semoga kedepannya saya bisa lebih bijaksana untuk memilih circuit breaker mana yang akan dipakai sesuai dengan kebutuhan.

Referensi 1. http://www.steel.org/en/Making%20Steel/How%20Its%20Made/Processes /Processes%20Info/Electric%20Arc%20Furnace%20Steelmaking.aspx 2. http://www.brighthubengineering.com/manufacturing-technology/80128understanding-electric-arc-furnaces/ 3. http://electrical-engineering-portal.com/comparison-between-vacuum-andsf6-circuit-breaker 4. www.youtube.com/watch?v=pPux0S8PetA 5. Kuliah Pak Julius “Pemutus Daya” 6. U.A.Bakshi, M.V.Baksh. Protection And Switchgear 7. Bhel. Handbook of Switchgears 8. Charles H. Flurscheim. Power Circuit Breaker Theory and Design